一种利用二次排列熵识别周期微弱脉冲信号的方法

文档序号:6623437阅读:230来源:国知局
一种利用二次排列熵识别周期微弱脉冲信号的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用二次排列熵识别周期微弱脉冲信号的方法,可以检测出非常微弱的周期脉冲突变信息,其步骤如下:首先对试验或者现场采集到的振动信号(如加速度信号等)计算排列熵,然后以所得的排列熵序列为基础计算其二次排列熵,并可以引申计算二次排列熵的Fourier变换并得到二次排列熵谱。本发明的优点是可以提取出微弱周期脉冲信号的特征信息,包括脉冲时刻和脉冲周期,计算简单且抗噪能力强,在多个领域可以得到应用。
【专利说明】-种利用二次排列熵识别周期微弱脉冲信号的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用二次排列熵识别周期微弱脉冲信号的方法,适用于机械设备 故障的诊断与监测,属于机械工程领域。

【背景技术】
[0002] 机械设备往往在恶劣环境条件下工作,其关键部件如齿轮等容易受到损伤和出现 故障。机械关键部件发生故障时,轻则影响工作精度或者工作效率,重则影响施工安全或者 造成重大事故,所以如何准确地判断出故障部位和故障程度非常关键。利用传感器测取机 械设备的振动信号并对其进行分析和处理,成为对机械运行状态进行诊断最常用、最有效 的手段之一。
[0003] 在各种信号处理技术中,对周期突变信号的检测非常重要,因为突变点往往包含 了丰富的特征信息。在机械工程中,信号突变的产生原因很可能是故障引起的撞击震荡、转 速波动和结构变形与断裂等,所以突变信号的检测研究工作通常具有意义。研究突变信号 的方法有多种,主要有傅里叶变换,小波分析和奇异值分解等。傅里叶变换只能确定一个信 号突变的整体性质,而难以确定突变点的准确时间位置。小波分析能够满足不同频率的要 求,具有较好的自适应性,但在利用小波变换来检测信号突变点的过程中,检测结果会受到 小波变换系数的选择、分解层次、所选用的小波函数、噪声干扰等多方面影响。奇异值分解 只是在时域内对信号进行分析处理,而与频域分析无关。
[0004] 在2002年,Christoph Bandt等人提出了一种衡量一维时间序列复杂度的参 数-排列熵,它在反映一维时间序列复杂度的性能方面与Lyapunov指数相似,并且与 Lyapunov指数、分形维数等复杂度参数相比,具有计算简单、抗噪声干扰能力强等特点。


【发明内容】

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供了一种步骤简单、效果明显、抗噪声干扰能力 强的利用二次排列熵识别周期微弱脉冲信号的方法,用于机械设备中齿轮、轴承、转子等典 型机械部件的故障诊断与监测。
[0006] 本发明的技术方案如下: 一种利用二次排列熵识别周期微弱脉冲信号的方法,其具体步骤如下: 步骤(1):在试验或者现场采集到的一连串振动信号尤以时 间为单位选取子序列的长度为见将所述一连串振动信号X分为

【权利要求】
1. 一种利用二次排列熵识别周期微弱脉冲信号的方法,其特征在于,该方法包括如下 步骤: 步骤(1):在试验或者现场采集到的一连串振动信号尤以时 间为单位选取子序列的长度为见将所述一连串振动信号X分为 3个子序列,从而得到个子序列4(1:0(7 =1,2,3-/7;;^=1,2,3-#);
步骤(2):根据排列熵的定义计算出每个子序列&(ii)的排列熵值,并赋予给该子序列 A (ii)的中间时刻,得到《个随时间变化的排列熵序列
〇7=1,2, 3…; 步骤(3):将步骤(2)得到的排列熵序列
划分为7个子序列心仏=1,2, 3 - 0,对每 一子序列4进行排列熵计算,并赋予该子序列4的中间时刻,得到7个随时间变化的二次 排列熵值,7个随时间变化的二次排列熵值组成二次排列熵序列
〇7=1,2, 3……W ;通 过观察所述二次排列熵序列
得到所述一连串振动信号
隐含的微弱周期突变信息, 其包括突变位置和突变幅值; 步骤(4):对上述步骤(3)得到的二次排列熵序列
,当不能观察到微弱的周期突变 信息时,对其进行离散傅里叶变换得到频谱图,即如下二次排列熵谱的公式(1):
(1), 其中,
为角频率(
=0,1,2^··Ν-1); 为虚数单位; 通过频谱分析确定微弱的脉冲信号的周期特征。
2. 根据权利要求1所述的一种利用二次排列熵识别周期微弱脉冲信号的方法,其特征 在于:所述步骤(1)中个子序列Α当其不重叠时,将一连串振动信号I等分为段;当

个子序列A重叠时,根据相空间重构的思想确定重叠长度。
3. 根据权利要求1所述的一种利用二次排列熵识别周期微弱脉冲信号的方法,其特征 在于:所述步骤(3)中排列熵序列
的7个子序列&当其不重叠时,将排列熵序列
等 分为7段;当7个子序列4重叠时,根据相空间重构的思想确定重叠长度。
4. 根据权利要求1所述的一种利用二次排列熵识别周期微弱脉冲信号的方法,其特征 在于:所述微弱周期突变信息为所述振动信号I幅值的千分之一及以下。
【文档编号】G06F17/14GK104156339SQ201410399104
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】杨绍普, 申永军, 王俊锋, 温少芳, 唐智斌 申请人:石家庄铁道大学, 北京必创科技有限公司
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